基于DSP的智能化机床数控系统的研究
基于DSP的小型开放式数控系统开发
（ ． ｅ ａ ｔ ｎ ｆ ｔｍａ ｉｎ １ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｏ ｔ ・Ｈｅｌｎ ｊ ｎ ｒ ｕｔ ｒ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｖｏ ａ ｉｎ ｌ ｏ ｌ ｅ ｏ Ａｕ ｏ ｉ ｇｉ ｇ Ａｇ ｉ ｌ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｃ ｔ ａ Ｃ ｌ ｇ ，Ｈａ ｂｎ １ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ． ｏ ｌ ｅ ｏ ｔｍａｉｎ ｏ ａ ｃ ｕ ｎ ｏ ｅ ｒ ｉ ５ ０ ８ ｈ ｎ ；２ Ｃ ｌ ｇ ｆＡｕ ｏ ｔ ， ｅ ｏ
ｅ ｏ ｄ ｖ ｌ ｐ ｕ ｐ ｒ ａ ｄ ｌ ｗｅ ｏ ｔ ｒ ｎ Ｌ，ｗｈ ｃ ｓｃ ｎ ｅ ｉｎ ｏ ｓ ｒ Ｓ ｓ ｃ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｅ ｏ ｐ ｅ ｎ ｏ ｒＰＣ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄ ＤＬ ｉｈ ｉ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｆ ｒ ｕ ｅ ’ ｅ ｏ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ．
关键词 ： 数控 系统 ； 开放式 ； Ｓ ＤＰ
中图分类号 ： ２３ ＴＰ ７ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔｏ ｖ ｌｐ ｎ ｆＯｐｅ — ｒ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ Ｎｕ ｅ ｉａ ｎ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｍ ｒｃ ｌ Ｃｏｎ ｒ ｌＳｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｔ ｏ ｓ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＤＳ
中 的复杂 曲线铣 削难 的 问题 ， 行程不 大 、 间范 围 在 空
系统要 实现 开放 功能 ， 满 足调速 范 围宽 ， 需 低速 性 能好 ， 繁启 动 、 频 制动 性 能 和 高速 定 位 性 能要 好 ，
小的情 况下 以较 高 的精 度加 工 出预期 的轨 迹［ 。此 ３ ］
Ｈａ ｂｎ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈａ ｂｎ １ ０ ８ ｒ ｉ ｉｅ ｓｔ ｆＳｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｉ ０ ０，Ｃｈｎ ） ５ ｉａ
基于DSP和FPGA的数控系统运动控制的设计
关 键词 ＤＳ Ｐ Ｐ Ｆ ＧＡ 步 进 电机 伺 服 系统
０ 引 言
运 动 控制 是 数 控 系 统 的重 要 组 成 部 分 ，数 控 系 统 的性 能 很 大程 度 上 取 决 于 运 动 控 制 器 的 选 择 。ＤＳ Ｐ器
上 的 多轴 运动 控 制 卡 大 多 采 用 多 个 ＤＳ Ｐ控 制 多 轴 联 动
和 ＤＳ Ｐ负 责 复 杂运 算 ，结 合 扩展 的 ］ｏ或 Ｄ／ 通 道去 ／ Ａ 控制 多 轴 联 动 。 全 部 数 控 系 统 的 功 能 都 集 中在 一 块 运 动控 制 卡 中 ， 维 护 困 难 ， 也 不 能 满 足 不 同 用 户 的 需
件 的 升 级 维 护 容 易 ，开 放 性 进 一 步 提 高 。
图 １ 数控系统的结构模型
ＡＤＳ ２ ０ ５ 内部 有 ２个 完 全 相 同 的定 时 器 块 ， Ｐ １６ Ｌ 以 ２倍 于输 入 时 钟 的 频 率 工 作 ， 每个 定 时 器 都 有 １个
Ｉ０ 引脚 Ｐ Ｍ— ＶＥ ｘ （ 一 １ ） ／ Ｗ Ｅ ＮＴ ，２ ，既 可 以 配 置 为
求 ］ 。本 文 利 用 可 编 程 大 规 模 门 阵列 电 路 Ｆ Ｇ 的 并 ＰＡ 行 性 和 可 编 程 性 ，对 光 电 编 码 器 输 出 信 号 倍 频 、 鉴 相 、计 数 ，有 利 于提 高 被 控 对 象 的 测 量 精 度 和 控 制 精 度 。而 高 精度 的 不 同 电 机 的 两 轴 控 制 ，使 单 个 ＤＳ Ｐ控 制 多 轴 联 动 成 为 可 能 。硬 件 结 构 化 的设 计 思 想 ， 使 硬
基于DSP的数控磨床自适应检测系统设计
根据细长轴的加工特点 ，可选用一对差动变压器 度超细长轴的加工难度更大 。
式 电感 传感器组成等臂测头 ，测针应具备较高 的硬度 和耐磨性 ，选 用 高硬 度 的 陶瓷材 料 ，如工 业 用红 宝
ｓ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄｏ ｉ ｔ ｇ ａ ｐｏ ｅ ｓｒ（ Ｓ ） ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｓ ｍ，ｃ ｉ Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ ａ ｋ ｎａ ｅ ｏｅ Ｔ ｅｓ ａ ｉ ｉ ｅ ａｅ ｎｄｇ ａ ｓ ｎ ｌ ｒｃ ｓｏ Ｄ Ｐ ．Ｉ ｅｄ ｔ ｔ ｇｓ ｔ ｇ ｉｌ ｉ ｈ ｅｉ ｙｅ ｈｐ ＭＳ ２ Ｌ ２ ０ Ａ ｗ ｓ ａ ｅ ｓ ｈ ｒ． ｈ ｆ ｄ— ｔ ｔ ｃ ｈ ｔ
终工序。传统的磨削加工是依靠工人 的经验 、手工 操 作砂轮进行的 ，这样生产 出的产 品质量 不稳 定 ，存 在 不确定性 ，容易 产生 废 品 。由于 细 长轴 （ 长 径 比 其
大 于 ２ ） 的 刚 性 很 差 （ 径 比越 大 刚性 越 差 ） ５ 长 ，当 受
后 ，不适 于 自适应控制 ，又 由于在磨床上加工 的细长 轴 的 表 面 粗 糙 度 已经 较 小 ，故 不 再 检 测 细 长 轴 的表 面
轴 类 零 件 如 光 轴 、 阶梯 轴 、曲轴 、齿 轮 轴 和 空 心
由于砂轮磨削时需要随动支架 支撑细长轴 ，传感
器 安 装 不 方 便 ，而 离 加 工 较 远 处 测 量 的 数 据 过 于 滞
轴等 ，是机械行业必不可少 的零件 。而对轴类 零件精 度要求高的场合 ，常采用磨削加工作 为工件 加工的最
２１ ０ １年 ３月
机 床 与 液 压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ Ｔ００Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｉ
基于DSP的数控系统运动控制器的设计的开题报告
基于DSP的数控系统运动控制器的设计的开题报告一、课题背景及意义随着控制科技的快速发展，数控机床作为制造业的重要设备之一，市场需求越来越大。
在数控机床的控制系统中，运动控制器是其中的核心，直接影响着机床的运动精度、速度和稳定性等方面，因此运动控制器的设计和开发具有重要意义。
本课题将以DSP为基础，研究数控机床的运动控制器的设计，旨在提高数控机床的控制精度和运行效率，从而增强其在制造业中的竞争力。
二、研究内容和目标1.研究DSP技术的运用，设计数字控制器。
2.设计高精度的数控系统运动控制器，实现多轴相互协调的运动，并可实现一些高级控制算法，如自适应控制算法等。
3.研究机床控制系统的结构，确定运动控制器在机床控制系统中的位置和作用。
4.进行系统仿真实验，验证设计方案的正确性和有效性。
5.最终目标是成功设计出基于DSP的数控系统控制器，提高数控机床的工作精度和效率。
三、研究方法与技术路线1.对数控机床的控制系统结构和各部分功能进行了解和分析。
2.针对DSP技术的应用进行了研究和学习，掌握相关的电路原理和编程技术。
3.依据DSP技术设计出数字控制器，进行测试和验证算法的正确性。
4.设计控制器的具体算法实现，完成良好的运动控制效果，包括调节速度、加速度、位置等参数。
5.最后进行仿真试验，验证设计方案的正确性和有效性。
四、研究计划第一年：1.对数控机床的控制系统结构和各部分功能进行了解和分析。
2.针对DSP技术的应用进行了研究和学习，掌握相关的电路原理和编程技术。
3.依据DSP技术设计出数字控制器，进行测试和验证算法的正确性。
第二年：1.设计控制器的具体算法实现，完成良好的运动控制效果，包括调节速度、加速度、位置等参数。
2.测试控制器的运行效果和控制精度，逐步完善算法实现。
3.编写用户界面程序，实现与用户的交互。
第三年：1.进行系统仿真试验，验证设计方案的正确性和有效性。
2.进行实机试验，测试控制器的稳定性和可靠性。
基于DSP的机床数控系统设计1
基于DSP的机床数控系统设计齐美彬 杨艳芳合肥工业大学计算机系,安徽合肥 230069摘要:提出了一种用TMS320VC5402DSP设计数控系统的方法。
用高性能数字信号处理器(DSP)代替单片机,可提高机床数控系统的运行速度,使之满足高速和高精度控制的需要。
关键词:DSP;数控系统;高速控制;高精度控制中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1001-2265(2001)01-0036-04The design for CNC system based on DSPQ I Meibin YAN G YanfangAbstract:A new design method for CNC system based on DSP is put forword in this paper.We use the hi-performance DSP instead of the microchip computer,which improve the speed of economical CNC system,the new type CNC system suits for the need of hi-speed and hi-precision controling.K ey w ords:DSP;CNC system;hi-speed controling;hi-precision controling1 引言目前,占据国内数控系统市场主要份额的仍是经济型机床数控系统,这类系统大多采用MCS-51系列单片机或与MCS-51系列兼容的单片机,最高时钟频率为12～40Mhz,单周期指令执行时间为250ns ～1s,限制了经济型数控机床性能的进一步提高,特别是多轴高速联动、螺纹高速切削和高分辨率控制等功能遭到限制。
而数字信号处理器(以下简称DSP)时钟频率高、处理速度快,是单片机的理想替代品,如TI 公司出品的TMS320系列DSP和AD公司出品的ADSP21xx系列DSP,其中TMS320VC5402DSP性价比最高,因此采用TMS320VC5402DSP来设计机床数控系统。
基于DSP核心控制器的开放式数控系统的研制
Ｄ ＲＡＭ 通 讯 模 式 。 位 机 利 用 丰 富 的 现 有 软 件 和 强 大 Ｐ 上 的编 程工具来 实 现数控 系统 的管理 功 能和人 机交 互功 能 ， ＣＮＣ系统 的 输 入 输 出 界 面 、 形 显 示 、 据 存 储 如 图 数
理 。
Ｐ ｏ ｅｓｒ 运 动 控 制 器 为 核 心 ， 合 Ｐ Ｃ功 能 ， 通 用 ｒｃ ｓｏ ） 融 Ｌ 与 式 ＩＣ 集 成 而 成 。 此 ， 有 基 于 ＤＳ Ｐ 因 没 Ｐ的 运 动 控 制 ， 就 没 有 真 正 意 义 上 的开 放 式 Ｃ ＮＣ。 用 基 于 Ｄ Ｐ运 动 控 利 Ｓ 制 器 开 发 的 开 放 式 数 控 系 统 ， 够 在 普 及 型 个 人 计 算 能 机 的操作 系统 上 ， 松 地使 用 系统 所 配 置 的软件 模 块 轻 和硬 件运 动控 制 器 ， 床制 造 商 和用 户 能够 方便 地 进 机
★浙江省科技发展重点计划项 目（ 编号 ：０ ３ ２ ０ ４ ２ ０ Ｃ １０ ）
Ｐ Ｃ ＡＰ ／ ０ 可缟程 多轴运动控制器 。 ＭＡ ２ Ｃ １４ 通过与工业控制计算机（Ｐ ） ＩＣ 的嵌入集成 ， 构成 了双 Ｃ Ｕ的数控 系统。 Ｐ 经外 围扩
展， 以双端 口 Ｒ Ｍ 和总线通信的通讯模式进行数据的 高速传榆 。 Ａ 同时， 采用虚拟设备驱 动技 术 。 实时、 可靠地协调整 个数 控 系统。 系统具有开发周期短 ， 制精度 高等优点， 该 控 为数控 系统的快速开发提供 了很好 的途径 。
共 同完 成 加 工 任 务 。
（） １ 系统 的 硬 件 结 构 （ 围１ 和 功 能 见 ）
基于DSP运动控制器的开放式数控系统关键技术研究
２０ ０ ８年 ４月
基 于 Ｄ Ｐ运 动 控 制 器 的开 放 式 Ｓ 数控 系统 关 键 技 术 研 究
张 建 育 宋奇 才２ 王 晓娟 ， ，
（． １ 青海大学机械系 ， 青海 西宁 ８０１ ； ． 海高原 科技 发展有 限公司 ， １ ６２ 青 ０ 青海 西 宁 ８００ ） １０６
Ｚ ＮＧ Ｊａ —ｕ ，ＯＮ Ｑｉ ａ２ＷＡ ｉ － ａ ＨＡ ｉ ｙ Ｓ Ｇ — ｉ， ＮＧ Ｘ ａ ｊ ｎ ｎ ｃ ｏｕ
（ ． ｅａ ｍ ｎ ｆ ｃａｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｑ ｎｈｉ ｎ ｅ ｉ ， ｉ ｎ ０ ６ Ｃ ｉ ； １Ｄ ｐｒ ｅｔ ｈ ｎ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｉｇａ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｘｎ ｇ８０ １ ，ｈｎ ｔ ｏ Ｍｅ ｃ ｎ ｎ ｖｓ ｙ ｉ １ ａ ２ Ｑ ｎｈｉ ｌｅｕＴ ｃｎｃｌ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｏＬｄ Ｘｎ ｇ １０ ６ Ｃ ｉ ） ． ｉ ａ Ｐａ ａ ｅｈ ｉ ｖｌ ｍ ｎ Ｃ ｔ， ｉ ｎ ００ ， ｈ ａ ｇ ｔ ａＤ ｏ ｉ ８ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｙ ｔｍ ｔｕ ｔｒ ｆａｌ ｐ ｎ ＮＣ ｙ ｔｍ ｓ ｄ ｏ ＤＳ ｍｏｉｎ ｃ ｎｒ ｌ ｒｉ ｅ ｃ ｂ ｄ ｉ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｈｅｓ ｓｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｌ ｏ ｅ ｓ ｓｅ ｂａｅ ｎ Ｐ ｔ ｏ ｔｏｌ ｓｄ ｓ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｉ ｈｉ ｐ ｐ ｒａ ｄ ｔ ｅ ｔｅ ｈ ｒ ｗａｅ， ｏｔ ａ ｅ ｓｒ ｃｕ ｄ ｔｅ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｄ ｓｇ ｒ ａｙ ｅ ｏ ｓｎ ａ ｅ ｎ ｎ， ａｄ ｒ ｓ ｆｗ ｒ ｔ ｔｒ ａ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙｉ ｅ ｉｎ ａ ａ ｌ ｚ ｄ ｔｏ ｕ ｉｇ ａ ｈ ｈ ｕ ｅ ｎ ｈ ｅ ｎ
中 图分 类号 ：Ｐ ７ Ｔ ２３
基于DSP的纠偏控制系统设计的开题报告
基于DSP的纠偏控制系统设计的开题报告一、课题背景及研究意义随着制造业的快速发展，切削加工领域对于高精度控制的需求越来越高，而精度控制的一个重要因素是系统对实际物理量的准确感知。
对于机床运动控制来说，由于机床本身结构与机械精度限制等因素，运动轴的运动轨迹可能会出现偏差，因此需要进行实时纠偏控制，以保证工件的精度和质量。
目前常用的纠偏方案主要包括机械补偿、传感器反馈和数字信号处理等技术。
本课题将以基于DSP的数字纠偏控制系统设计为研究方向，通过对机床运动轨迹的实时监测与处理，利用数字信号处理技术对偏差进行实时补偿，最终达到提高机床控制精度的目的。
二、研究内容1.机床运动轨迹检测系统的设计该部分主要针对机床运动轨迹检测系统，以目前广泛使用的激光干涉仪为基本测试手段，分析测量出来的中心轨迹信号，设计出相应的偏差分析算法，以实现对机床轨迹偏差的实时检测。
2.DSP控制器的设计与实现基于TMS320C6713芯片的DSP控制器的设计，实现外围数字量、模拟量接口采集和处理，提供高速计算能力和实时控制能力，实现偏差控制算法的实时计算和控制。
3.数字纠偏控制算法的设计与实现该部分主要是实现数字纠偏控制算法的设计与实现，通过对检测到的运动轨迹信号进行了处理，依据计算得出的纠偏量进行即时控制反馈。
三、研究计划1.前期准备阶段熟悉基于DSP的数字信号处理技术，收集相关研究资料，了解机床运动轨迹偏差的检测和纠偏控制方法。
2.中期研究阶段开发机床运动轨迹检测系统，设计并实现DSP控制器，基于TMS320C6713芯片实现外围数字量、模拟量接口采集和处理，实现偏差控制算法的实时计算和控制。
3.后期实验阶段开展实验以验证设计方案的可行性和有效性。
四、研究成果通过本课题研究，能够设计出一种基于DSP的数字纠偏控制系统，实现机床运动轨迹的实时监测与处理，以及对偏差进行实时补偿控制，提高加工精度和质量，满足高精度加工的需求，具有很好的应用前景。
基于DSP数控机床交流伺服系统的设计和实现 PPT
基于DSP数控机床交流伺服系统的设计和实现+PPT由于电力电子技术能有效的节能降耗,所以被看作是国民经济各部门、国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。
世界范围内的能源紧缺,使得各国对电力电子技术更加重视,因而电力电子技术的发展出现了生机勃勃的新局面。
国外许多国家都将电力电子技术列为90年代高新技术的发展重点。
伺服系统是数控设备的一个重要组成部分,其性能对零件加工精度和加工效率都起着重要的作用,在整个数控机床成本构成中伺服系统也占有不可忽视的份额。
一个多功能、高性能的数控系统必须配置与之相适应的高性能伺服驱动系统,才能充分发挥整个数控机床的性能和优势。
因此,研制高精度、快响应的数控交流伺服技术有着非常重要的现实意义。
本文以数控永磁同步交流伺服系统为主要研究对象,建立了永磁同步电机的数学模型,阐述了矢量控制策略和SVPWM脉宽调制方法,构建了永磁同步交流伺服系统的硬件电路和软件算法,实现了位置环、速度环、电流环闭环控制,并对系统性能进行了仿真和试验。
目录第1章绪论 5课题背景 5数控技术的现状和发展趋势 6永磁同步交流伺服的现状和发展趋势7永磁同步交流伺服的控制策略8论文的主要研究内容10第2章永磁同步电机数学模型及矢量控制策略10永磁同步电机的基本结构10永磁同步电机的数学模型11永磁同步电机的矢量控制18矢量控制21矢量控制的电流控制方法24空间矢量脉宽调制26空间矢量PWM的实现28小结33第3章永磁同步交流伺服系统的硬件电路设计34永磁同步交流伺服系统的基本结构34伺服系统主控制电路34TMS320F2812最小系统34PWM隔离电路37电流检测电路37光电码盘接口电路38三相交流逆变电路RS232转SCI通讯接口电路40LCD显示电路40伺服系统的主功率回路41本章小结41第4章永磁同步交流伺服系统的软件与仿真模型42永磁同步交流伺服系统的软件结构42系统程序的框图及其说明42主程序由系统初始化和死循环组成42外部中断XINT1程序43定时器3周期中断程序43定时器1下溢中断44SCI串行通讯接收中断45利用TMS320F2812实现SVPWM算法46生空间矢量PWM波形的寄存器设置46空间矢量PWM的硬件工作原理47空间矢量PWM的边界条件47空间矢量PWM波形47积分改良型PI控制器的设计48Kp参数分析49Ki参数分析49Kc参数分析49参数的整定49电流环的设计49速度环的设计50位置环的设计50永磁同步交流伺服系统仿真分析51永磁同步电机、电机测量和PID控制器模块51功率逆变与坐标变换模块51第5章实验与仿真结果分析52实验条件52仿真结果52负载突变仿真52位置响应仿真54实验结果55小结57第六章结论和展望57主要研究结论57进一步展望58参考文献58第1章绪论课题背景>由于电力电子技术能有效的节能降耗,所以被看作是国民经济各部门、国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。
基于DSP和FPGA的数控系统研究与开发
南京航空航天大学硕士学位论文基于DSP和FPGA的数控系统研究与开发姓名：魏立军申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：游有鹏20080601南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着数控系统的通用化和小型化，以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心的数控系统正成为当前数控系统的重要发展方向。
一方面，以DSP作为数控系统的核心处理器，能够发挥其高速运算和编程灵活的特长，便于实现复杂的实时运动控制算法，提高系统的控制性能；另一方面，采用FPGA将大量的逻辑控制功能和外围接口电路集成在其中，可有效减小系统体积，提高数控系统的可靠性和稳定性。
本文在对不同硬件平台数控系统进行比较研究的基础上，设计开发了一款以DSP和FPGA为主控单元的四轴闭环数控系统平台。
首先，在需求分析的基础上规划设计了数控系统硬件方案，对DSP和FPGA 外围电路、数字脉冲输出电路、模拟量输出电路、编码器信号采集电路、通用I/O接口电路等实现方法进行了详细讨论，完成了系统硬件的设计制作。
为提高数控系统的硬件集成度和可靠性，通过对FPGA的编程设计，在FPGA中实现了具有S形加减速的高速平稳运动控制、硬件精插补器、主轴转速控制DAC接口、编码器信号处理电路、手脉信号处理电路、数字I/O信号处理电路和双端口RAM等功能模块，并通过了调试、测试。
最后，基于上述硬件平台，采用模块化程序设计方法和C语言编程完成了数控系统的部分软件设计，包括DSP端的运动控制模块测试程序和人机界面单片机控制软件，并完成系统主要功能的硬软件联调。
关键词：数控系统，FPGA，DSP，加减速控制，人机界面ABSTRACTRecently, with the development of micro-electronics, CNC is developing towards generalization and miniaturization. Now, CNC based on DSP and FPGA are becoming popular, which can combine the strongpoints of both DSP and FPGA. On one hand, as kernel controller of CNC, DSP with its high speed operation and flexible programmable ability is convenient for carrying out complicated real-time algorithm. On the other hand, a lot of control logic and components of peripheral circuit can be integrated within FPGA, which can result in the volume minishment of the system and the enhancement of the system’s reliability and stability.After comparing some different hardware architecture of CNC, a four-axis closed loop CNC based on DSP and FPGA was developed in the thesis.Firstly, the hardware structure of the CNC is given based on the analysis of requirements. The hardware design is discussed in detail, such as the peripheral circuits of the DSP and FPGA, the digital pulse output circuits, the analog output circuits, the encoder input circuits and the interface circuits of general purpose I/O.In order to enhance the integration and the reliability of CNC, by programming to FPGA, many function units are designed and implemented within a FPGA, including S curve acceleration/deceleration control, DDA fine interpolation circuits, DAC interface circuits, encoder signal processing circuits, manual pulse generator signal processing circuits, digital I/O signal processing circuits and dual port RAM. These function units all pass test and debug.Finally, based on mentioned hardware, some of software of CNC, including test programme of DSP and HMI software of MCU, was developed with modularization method and C language. Associated test of hardware and software of CNC was accomplished at last.Key Words: CNC, FPGA, DSP, Acceleration/Deceleration control, HMI图表清单图2.1 系统硬件结构图 (11)图3.1 TPS767D318电路连接图 (14)图3.2 TPS3823上电时序图 (15)图3.3 DSP与外设通信示意图 (16)图3.4 SPX1117-1.5电路图 (16)图3.5锁相环电源设计电路图 (17)图3.6 JTAG及AS联合配置电路图 (18)图3.7 串口通信电路图 (18)图3.8 数字脉冲输出电路原理图 (19)图3.9 差分脉冲指令输出格式图 (19)图3.10 DAC8531串行写操作时序图 (20)图3.11 模拟量输出电路原理图 (20)图3.12 主轴模拟量产生电路原理图 (21)图3.13 编码器接口电路原理图 (22)图3.14 开关量输入接口电路图 (23)图3.15 开关量输出接口电路图 (23)图4.1 前加减速示意图 (25)图4.2 后加减速示意图 (26)图4.3 梯形加减速速度曲线 (27)图4.4 梯形加减速加速度曲线 (27)图4.5 七阶段S曲线加减速过程 (28)图4.6 五阶段S曲线加减速过程 (29)图4.7 四段非完整S曲线加减速过程 (29)图4.8 硬件插补器实现原理图 (31)图5.1 Q UARTUS II软件的工程顶层文件图形用户界面 (34)图5.2 FPGA基本设计流程图 (35)图5.3 精插补时序发生电路原理图 (36)承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
DSP在超精密数控系统中的应用
收稿日期:1999-08-02 修订日期:1999-11-19作者简介:李圣怡(1945-),男,湖南邵阳人,教授、博士生导师,主要研究领域为:机电控制及自动化、智能控制与制造、超精密数控。
DSP 在超精密数控系统中的应用李圣怡,张云洲,郑子文(国防科技大学机电工程与仪器系,湖南长沙410073)摘 要:数字信号处理器具有高效的运算能力和良好的开发环境支持。
基于DSP 开发的超精密数控系统在综合精度和插补运算方面都有极大提高,从而具有良好的性能。
本文从DSP 和超精密数控系统的性能特点出发,结合实际的超精密数控系统,对DSP 在超精密伺服控制系统、刀具监控和补偿、控制算法改进等方面的应用进行了分析研究。
关 键 词:数字信号处理器;超精密;计算机数控中图分类号:TP273;TN911.73 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2000)01-0043-03Application of DSP in U ltra 2Precision CNC System L I Sheng 2yi ,ZHAN G Yun 2zhou ,ZHEN G Z i 2wen(Dept.of Mechat ronics Engineering &Inst rumentation ,N ational U niversity of Def ense Technology ,Changsha 410073)Abstract :DSP has efficent calculation ablity and excellent development support.The ultra 2precision CNC system ,bsaed on DSP ,has its precision and interpolation calculation greatly improved ,which results in better performance.From the performance characteristic and combined with actual ultra 2precision CNC system ,this article analyzes and studys the applications of DSP in ultra -precision servoing system ,tools monitorng and compensation ,and improvement of control methods.K ey w ords :Digital 2Signal 2Processor ;ultra 2precision ;CNC1 引 言超精密加工最大的特点是综合应用机械发展的新成就,以及现代电子、测量、计算机等新技术,是机电一体化的结晶,目前已成为机械制造发展的重要方向之一。
基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究的开题报告
基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究的开题报告一、选题背景随着工业自动化技术的不断发展，数控机床已成为制造业的重要生产装备之一。
数控机床伺服系统作为数控机床的重要组成部分，其控制精度和动态性能直接影响着加工效率和加工质量。
目前，大多数数控机床伺服系统采用基于DSP的数字信号处理技术进行控制和实现闭环控制，使得机床的加工精度和稳定性得到有效提升，但在实际应用中仍存在诸多问题需要研究和优化。
因此，通过对基于DSP的数控机床伺服驱动系统的深入研究和分析，了解其工作原理和特点，进一步探究其在实际应用中的问题和优化方案，对于提高数控机床伺服系统的性能和稳定性，推动工业自动化技术的发展，具有重要的现实意义和研究价值。
二、研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：1. 基于DSP的数控机床伺服驱动系统的原理和特点a）DSP技术在数控机床伺服系统中的应用和发展现状b）数控机床伺服系统的基本组成和工作原理c）数控机床伺服驱动系统的性能指标和评价标准2. 数控机床伺服驱动系统中的控制策略和算法a）PID控制算法及其改进b）基于模糊控制的伺服调节c）基于自适应控制的伺服调节3. 数控机床伺服驱动系统中的问题和优化方案a）机床紧急停止后的伺服位置控制问题b）伺服系统的干扰抑制和抗干扰能力提升c）伺服系统的运动控制和动态性能优化4. 实验设计与数据分析a）基于MATLAB进行仿真实验b）基于实际数控机床进行测试与数据采集c）数据分析和结果验证三、预期成果本研究预期的成果包括：1. 对基于DSP的数控机床伺服驱动系统的原理和特点有全面深入的了解。
2. 对数控机床伺服驱动系统中的控制策略和算法进行系统分析和研究。
3. 发现并分析数控机床伺服系统中存在的问题，提出相应的优化方案。
4. 完成仿真实验和实际测试，并进行数据分析和结果验证。
5. 撰写相关学术论文并发表在相关的学术期刊或会议上。
四、研究方法本课题采用文献研究、理论分析、仿真实验和实际测试相结合的方法进行研究。
基于DSP CPLD可重构数控系统的设计
基于DSP+CPLD可重构数控系统的设计1、前言随着计算机技术的高速发展，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式，其核心思想之一是柔性化制造，制造系统能够随着加工条件的变化动态调整。
目前，各类MCU 快速发展，它们不仅运算速度快、价格便宜、种类繁多，而目不同M CU 针对不同的应用在其片上集成了专用控制电路，满足了不同的应用需求还提高了电路的安全性和稳定性。
综合上述的分析与论证，本文设计了一种基于DSP＋CPLD 现场可编程门阵列器件的可重构数控系统。
2、硬件设计本运动控制卡是以PC 机作为主机的运动控制卡，选用DSP作为核心微处理器，卡上集成编码器信号采集和处理电路，D/A输出电路，扩展存储器电路和PC-DSP通讯电路。
PC机把粗处理的数据通过DSP-PC 通讯接口传递给运动控制系统，DSP通过对光电编码器反馈信号处理电路的结果分析，计算出与给定位置的误差值，再通过软件位置调节器获得位置控制量，计算出运动速度控制量，产生的输出信号经D/A 转换将模拟电压量送给伺服放大器，通过对伺服电机的控制实现对位置的闭环控制。
系统的结构框图如图 1 所示。
选用美国TI公司的16位定点DSP TMS320LF2407A作为本运动控制器的核心处理器，地址译码、时序逻辑、编码器信号处理电路用CPLD来完成，用PCI 接口芯片实现双口RAM与PC 机的通讯，双口RAM用来存储和缓冲DSP与PC 机间的通讯数据，SRAM 用来存储运动控制器运行时的程序和数据。
(1).DSP外部中断接口处理对于数控机床来说，由于受工作行程等各方面的限制，在其超过控制范围时，引入包括限位中断和编码器INDEX 信号中断。
每个控制轴有正反方向的两个限位开关，产生两个限位信号，4 个轴共8 个限位信号:LIMA+, LIMA -、LIMB +, LIMB -、LIMC +, LIMC-，LIMD+, LIMD -其中“+”表示正限位，“-”表示负限位。
基于DSP的学习控制在数控系统中的应用研究
基于DSP的学习控制在数控系统中的应用研究
姚仲舒;杨成梧;姚望舒
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2001(023)006
【摘要】为了满足数控系统高速度和高精度的需要,本文提出了一种用高性能的数字信号处理器(DSP)代替单片机,以提高数控系统的运行速度,同时介绍了一种迭代学习控制算法以提高系统的精度,并且简化了程序编写工作.
【总页数】3页(P26-28)
【作者】姚仲舒;杨成梧;姚望舒
【作者单位】南京理工大学动力学院,;南京理工大学动力学院,;昆明理工大学自动化系,
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
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2.基于dSPACE的自学习算法在汽油/CNG两用燃料发动机空燃比控制中的应用研究 [J], 刘一鸣;薛涛;曹姜
3.基于DSP的PMSM矢量控制在电梯控制中的应用 [J], 陈应豪;罗飞;许玉格
4.基于dSPACE的灰色预测PID控制在液位系统中的应用 [J], 白继洲;邵雪卷;张井岗;赵志诚
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基于DSP的智能电动执行器控制系统的研究的开题报告
基于DSP的智能电动执行器控制系统的研究的开题报告一、题目基于DSP的智能电动执行器控制系统的研究二、研究背景随着工业自动化技术的不断发展，智能电动执行器在工业生产中的应用越来越广泛。
传统的电动执行器控制系统通常采用传感器、PLC等设备来实现，但这种方式存在成本高、可靠性差等问题。
近年来，随着数字信号处理（DSP）技术的不断发展，DSP芯片由于其性能优越、节能等特点在智能电动执行器中得到广泛应用。
因此，开发一种基于DSP的智能电动执行器控制系统具有重要意义。
三、研究内容本研究将开发一种基于DSP的智能电动执行器控制系统，具体包括以下方面：1. 基于DSP芯片的电动执行器控制算法研究。
结合电动执行器的控制特点，设计一种稳定、优化的控制算法，实现高精度运动控制。
2. 开发智能电动执行器控制器。
设计采集电动执行器运动数据的传感器，通过DSP芯片进行数据处理和计算，控制电动执行器的运动，实现实时可控。
3. 设计控制系统的人机界面。
开发一套简易、实用的控制软件，用户可以通过该软件对电动执行器进行精准控制和实时监控。
四、研究意义本研究将为智能电动执行器在工业自动化领域中的应用提供技术支持。
该控制系统具有精度高、稳定性好、可靠性强、使用方便等优点，有望成为电动执行器控制领域的新一代技术成果。
五、研究方法本研究将采用模拟实验、仿真模拟和现场测试相结合的方式进行。
首先，运用Matlab/Simulink等软件进行模拟实验，优化控制算法，验证控制系统的可行性和精度。
其次，通过开发控制器和人机界面软件，进行仿真模拟和现场测试，验证控制系统的稳定性和可靠性。
六、进度安排1. 研究计划制定及开题报告撰写（2周）2. 控制算法研究和Matlab/Simulink仿真实验（10周）3. 控制器及人机界面软件开发（10周）4. 现场测试及性能优化（4周）5. 撰写毕业论文及答辩（4周）七、预期成果1. 完成基于DSP的智能电动执行器控制系统的设计和开发，实现高精度运动控制；2. 验证控制系统的稳定性和可靠性，估算系统的性能指标；3. 发表相关技术论文并参加国内外学术会议，交流研究成果。
基于DSP的数字伺服系统研制及控制算法的研究的开题报告
基于DSP的数字伺服系统研制及控制算法的研究的开题报告一、研究背景随着现代工业技术的不断发展，数字信号处理器（DSP）作为一种新兴的数字信号处理技术，已经广泛应用于数字伺服系统中。
数字伺服系统是利用数字控制器控制电机及其他动力机构的运动，取代传统的模拟伺服调节系统。
数字伺服系统的优点在于其精度高、可靠性稳定、可以有效地实现高速运动控制，并且更加适合于复杂的运动控制应用。
然而，由于伺服系统需要在瞬间传递大量数据和进行复杂的控制运算，对DSP的性能也提出了更高的要求。
因此，需要对数字伺服系统的研制及控制算法进行深入研究，以提高数字伺服系统的运行效率和控制精度。
二、研究内容本次研究的内容主要包括以下两个方面：1.基于DSP的数字伺服系统的研制首先，需要对数字伺服系统的硬件进行设计，并选取合适的DSP芯片作为控制器。
其次，需要对数字伺服系统的软件进行编程，以实现数字伺服系统的控制功能。
同时，为了保证数字伺服系统的可靠性，还需要对数字伺服系统的电路进行仿真测试和实际应用测试。
2.数字伺服系统的控制算法的研究伺服系统的控制算法是数字伺服系统的核心部分，对于数字伺服系统的精度、响应速度等性能有着至关重要的影响。
因此，需要对数字伺服系统的控制算法进行研究，如采用基于模型的PID控制算法、神经网络控制算法、自适应控制算法等方法，以提高数字伺服系统的控制精度和性能。
三、研究意义数字伺服系统是现代工业控制领域中的重要技术，其在机械制造、自动化生产、航空航天等行业中有着广泛的应用。
本次研究的意义在于通过研究基于DSP的数字伺服系统的研制及控制算法的研究，提高数字伺服系统的运行效率和控制精度，为数字伺服系统在实际应用中提供更好的解决方案。
四、研究方法本次研究的方法主要包括以下几个方面：1.文献综述：对数字伺服系统的研究现状进行综述，了解数字伺服系统的发展历程、现状及存在的问题。
2.硬件设计：根据数字伺服系统的实际应用需求，设计数字伺服系统的硬件电路，并选取适合的DSP芯片作为控制器。
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决了一些研制过程中出 现的问题。 该机床控制系统利用 ＤＰ Ｓ 芯片的高运算能力及
其专 门用于控制领域 的丰 富的外设 ， 数控机床 的主轴 电机、 将 自动 回转 刀架 电机 、
通加工设备己难以适应市场对产品多 样化的 要求，难以 适应市场的高效率、高
质量的要求 。 以微 电子技术为基础 ， 而 将传 统的机 械制造技术 与现 代控制技 术 、 传 感检测技术 、信 息处理技术 以及 网络通信技 术有机 地结合在一起 ，构成 了高 度 信息化、高度柔性 、高度 自动化 的制造系统 。
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的要求 也越来越高 。 社会 对产品多样化需求越 来越强烈 ， 品的更新换代 加速 ， 产 产 品品种多样 ，中小批 量生产的 比重 明显增 加。这使得数 控机床在生 产中得到 广泛 的应用， 并不断地发展 ， 以满足市场的需 要。 尤其是随着柔性制 造 系统 （Ｍ） ＦＳ
的 迅速发展、 计算机集成制 造系统（ Ｍ） 起和不断成熟，对机床数控系统 Ｃ Ｓ的兴 工
数控技术是机械制造、 机器人、 柔性制造单元（ Ｃ、 Ｆ ） 柔性制造系统（ Ｓ Ｍ Ｆ ） Ｍ
乃至计算 机集成制造 系统 （ＩＳ 和无人 自动工厂 （ 等 高新技术 的基础 ，是用 ＣＭ ） 队）
计算机控制机械制造系统，实 现高度自 动化的桥梁。发展数控技术是当前机械
制造行业 技术改造 、技术更 新的必 由之路。
ＫＥ ＹＷ ＯＲＤＳ ＮＣＭ ＤＳ Ｄ Ｉ Ｉ Ａ Ｌ ＣＯＮＴＲＯ Ｔ ： Ｐ Ｇ Ｔ
浙江 人学硕 ｉ ｓ 学位论文
概
述
第一章 概 述
智 能化 数控 系统 的研 究背 景
随着科 学技术的飞速发展 ， 机械 制造技术也发生 了深刻 的变 化 。 统的普 传
数控机床是机电 一体化产品， 是利用数字控制技术对机床的运动及加工过
程进行控 制的加工机床 。加工零件 时，首先由编程人员根据 被加工零件 的几何 形状 、 构尺寸 、加工精度 、 结 工艺 过程、工艺参数 （ 主轴 的转数、切削速度 、吃 刀深度） 以及 机床 的运动 、 刀具的位移等 内容编 制加 工程序 。 其次 ， 编制好 的加 工程序经处理和 计算后，发 出各种操作控制指令 ，控 制机床 的运 动 ，最后将 零 件 加工出来 。当变更加工的对象时 ，只得更新编 写零 件的加工程序 ，而机床本 身不需要进行任 何的调整就能把零件加工 出来 。所 以数控机床是 一种灵活性极 强 、高效能 、 自 动化 的加工机床。 由于数控机床 ＮＭ Ｃ 集机 、电、液 、传感、测 量等技术于 一体，控 制系统 比 较 复杂 ，而对性 能指标 要求 较高，因此提高机床性能 ，特 别是提高机 床的可靠 性就显得 尤其重要 。 我 国下处于工业化 的初 步阶段 ，随着科学技术水平 的不 断提高 ，数控 机床
ａ ｄ ｒ ｎ ｓｎ ｏｓ ｅｃ ｃｎｒｌ ｒ ｎ ｃ ｒ ｔ ｓｒ ｆｒ ｈ ｔ ｌ ． ｕ ｅ ｅ ｏ ａ ｏ ｏｅ
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提 出更高的要求。现代数控机床 正在向更高速度 、更高精度 、更高可靠 性、及 功能更 完善的智能化方 向发展 。
１ ．高速度 ．１ ２
提高速度 首先要提高数控 系统 的运算速度 。 Ｃ Ｕ ， Ｐ 是现代数控 系统 的核心 部件 ，它既是运算 单元又是控制单元 。因此 ＣＵ Ｐ 的位 数及运算速度直 接关系 到 数控机床的加工速度 ， 现代机床数控系 统多采用 ３ 位机 和多 ＣＵ 行技术 ， ２ Ｐ并 是 提 高生产率的直接手段 。现代数控机床都装 备了新型 的数 控系统及伺服 系统 ，
托板Ｘ 轴和Ｚ 机的四 轴电 个驱动 模块的控制功能， 及其外围电 路的 数字控制功能，
都 由一块 Ｄ Ｐ 处理器芯片来完成 。 Ｓ微 这大 大地提 高了机子 的集成度 ，降低 了生产 成本价格 。同时数 字控制还带来抗 干扰 强、可靠性 高、调 试方便等优点 。 实验结果证明 ， 该控制系 统具有 良好的工作性 能， 可用于 普通机床的数控 即
改造， 可用于 又 机床生产厂家配套构成数控机床产品。 对该控制系 统的研究是有
意 义的。
关键 词：数控机床
数 字信 号处理
数字控制
浙江 人学 硕十学位论文
Ａ ＢＳ ＴＲＡＣＴ
ＡＢＳ ＲＡＣＴ Ｔ
Ｎ ｍ ｒ ａ Ｃ ｔ Ｍａｈｎ Ｎ Ｍ） ａ ａｔｍ ｔ ｍａｈｎ ｇ ｌ ｅｉ ｌ ｎｒｌ ｃｉ （Ｃ ｕ ｃ ｏ ｏ ｅ ｉ ｎ ｏ ａｃ ｃｉｉ ｔｏ ｓ ｕ ｉ ｎ ｏ
有很高的分辨率和进给速度。当 分辨率、 进给速度很高时，要实现生产系统的 高 速度化，还必须谋求主铀转数、 进给速率、刀具交换、 托板交换等各种关键
部分也应实现高速度化 ，刁能使整体 实现 高速 度化 。
ｒ ｕｓ ｃ ａ ｄ ｇ ｔｎ ｌ ｅｓ ｔ ｃｓ ｅ ｌ ｉｉ ｒ ｓ ｉｅｒｉ ａｄ ｒ ｅ ｏ ． ｓｔ ｎ ｅ ｅ ｎ ａｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｗ ｙ ｍ ｔ ｓ Ｔ ｅ ｔｌ Ｐ ｉ ｉｔ ｃｎ ｏ ｔ ｇ ｔ ｄａｔ ｅ ｃｎｏ ｏ Ｕ Ｓ ｄ ｉｌ ｔ ｌＩ ｂ ｎｓ ａｖｎ ｇ ｏ ｈ ｏ ｒ ｆ ｓ ａ ｏ ｒ ． ｒ ｇ ｉ ｈ ｅ ａ ｆ ｐ ｇ ｍ ａｉｙ ｉｍ ｎｙ ｎｉ ， ｅｍｎｔ ｒ ｕｄｎ ｖｌｇ ｒ ｒ ｍ ｂｉ， ｕｉ ｔ ｏｅ ａｄ ｉ ｅ ｅ ｎａ ｏａｅ ｏａ ｌ ｍ ｔ ｔ ｏ ｓ ｎ ｌ ａ ｓ ｉ ｄ ｔ ｔ
（ Ｍ使用 Ｎ ） 越来越ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ遍。 Ｃ 如果开发设计和研制高可 靠性、 高精度、 高效率以及使 用方便的 新一代数控机床 （Ｃ） 在条 ＮＭ， 件各异的各种使用环境中，均能 正常可